SBR工藝計算方法分析與比較

張 洋 姜 天

（北京航天試驗技術研究所北京100074）

SBR工藝計算方法分析與比較

張 洋 姜 天

（北京航天試驗技術研究所北京100074）

經典SBR工藝發展較早，工藝隨著自動化世代的發展得到廣泛應用，其計算方法多種多樣，各有利弊，本文通過對多種經典方法總結對比，討論SBR的經典計算方法。

SBR；計算方法；對比分析

1 前言

間歇式活性污泥法簡稱為SBR工藝，其初期工藝操作復雜，不能集成自動化運行，隨著20世紀70年代以后各類型新型不堵塞曝氣器、浮動出水堰、PLC控制系統的應用和發展，SBR間歇操作運行的復雜問題得以簡化，從而使SBR大規模進入工程應用。SBR反應池由于其集進水、調節、反應、沉淀于一體，從而簡化普通活性污泥法工藝流程，實現了活性污泥在時間上的推流和空間上的完全混合狀態[1]。

基于經典的SBR工藝，依據不同的應用條件和污染物的去除要求，演變出了許多的SBR進階工藝，如ICEAS、CASS、UNITANK、MSBR、DAT-IAT等，每種工藝的計算方法都以經典SBR的計算做基礎，因此，本文以經典SBR的幾種計算方法作為研究目標進行分析。

2 設計計算方法

SBR工藝的生化反應動力學和污染物去除機理的探索還不夠深入，目前對于SBR工藝的計算和設計還沒有推出廣泛接受的標準設計方法，僅有前人所介紹的一些經典計算以供參考。

2.1 污泥負荷法和容積負荷法[2]

污泥負荷法和容積負荷法已知進水有機物濃度以及設計污泥負荷和容積負荷，擬定處理周期和有效時間，通過經驗設計計算反應器的容積，負荷法計算反應器容積較簡單。

2.1.1 污泥負荷法

V-單個反應器容積，m3；-廢水流量，m3/d，So-進水BOD5，mg/L；e-曝氣時間比，e=nTA/24；-反應器內混合液平均MLSS濃度，mg/L；Ls-污泥負荷[kgBOD/(KgMLSS·d)]

2.1.2 容積負荷法

Lv-BOD容積負荷，KgBOD/(m3·d)；-進水BOD5，Kg/m3

負荷法所用負荷值由經驗擬定，選擇有一定盲目性，由于高負荷和低負荷選擇范圍過寬，易造成池容量和曝氣系統計算不準確，且只能計算針對有機物去除的工藝，沒有考慮SBR轉換缺氧厭氧過程對氮磷的去除效果。

2.2 靜態動力學法

朱明權[3]推薦的這種方法可以用于脫氮除磷SBR工藝的計算。該方法利用硝化菌比增長速率一般值對硝化所需泥齡進行計算，并通過系統所需反硝化氮量求出缺氧和好氧反應時間比，通過對時間的計算求出泥齡推斷出貯存污泥總量，其反應器最高、最低水位的確定由貯水容積和泥量共同確定。

θS,N—硝化所需最小泥齡；μ—硝化菌的比增長速率，d-1，t=15°時,μ取0.47；fs為安全系數，fs取2.3-3。——利用1KgBOD5可以反硝化的氮量，Kg；OC——活性污泥在好氧條件下去除1K各BOD5需要的氧量，Kg，OC設計值最大為1.6Kg；TA是曝氣階段所用的時間，h；Tanox是缺氧階段所用的時間，h；a是修正系數，連續進水系統一般取1.0；0.04是合成過程利用的氮量，隨剩余污泥排除，是進水總氮，mg/L；是出水總氮，mg/L

根據上述公式，可以計算出硝化和反硝化時間的比值及有效泥齡，通過有效泥齡可以計算系統總泥齡，根據下式計算系統總污泥量。

是進水設計流量，m3/d；是進水有機物濃度，mg/L；為異氧微生物自身氧化率，d-1，取0.08；為異氧微生物產率系數，KgDS/Kg-BOD5，取0.5～0.6；fT,H異氧微生物生長溫度修正系數，一般取1.072（t-15）；反應器進水濃度，SSe是反應器出水濃度，Kg/m3；ΔXP是化學除磷產生的污泥量，Kg/d

反應器的貯水容積和反應器體積的計算，為了安全起見，使用最大設計流量Qmax進行計算。

沉淀和排水過程污泥持續沉淀，最高水位和最低水位需滿足潷水水位和污泥泥面的安全距離，因此通過貯水容積的最小值計算可推算并求得最高水位和最低水位。

hf—最小安全距離，取0.6-0.9m；SVI可由實驗確定；hTWL計算采用試算法，計算出潷水高度，根據要求考慮是否重新設計池高。

通過計算可以發現，靜態動力學法在計算污泥量上給出的計算方法從生化反應角度出發，充分考慮進水水質、脫氮要求等，但池容計算受約束于最高水位和最低水位，其變化范圍依然較大，不易確定。

2.3 基于德國ATV的設計法

周雹對ATV標準進行修正，設計為推薦法，其方法以泥齡作為計算參考，池容計算利用七個參數進行計算使之充分滿足SBR作為反應池和沉淀池的需要。

此設計法對池容的計算公式如下：

ST是單個SBR池內的干污泥總量，Kg；θT,S是總污泥齡，d；A是SBR池幾何平面積；Hmin，Hmax是最高水位和最低水位，m；ΔH為最高水位差；Co進水BOD5濃度,Kg/m3；Cr是出水BOD5與出水懸浮物濃度中非溶解性BOD5濃度差。Ce是出水中BOD5濃度, Kg/m3；Cse出水懸浮物濃度，Z異氧菌在活性污泥中比例，T是BOD實驗時間，a是產泥系數。

此方法最大高度值可根據曝氣機有效水深設置，其保護高度、SVI、TS、Td均可以擬定，避免了對最大高度的假定，同時給出污泥生化反應的計算較為精確的計算過程，使生化過程與溫度和濃度掛鉤，增加計算結果的可靠性，并計算了池體的尺寸。

Tc周期長，h；TF一個周期的反應時間，h/周期；XFSBR池反應污泥量；XT反應池污泥總量；θCF為SBR反映泥齡，d；So為進水BOD濃度，Se為出水BOD濃度。利用上述公式利用各項設計參數計算反應池體積，相對比其他計算方法更加明了，并參考了更多影響因素，較之更為準確。

2.4 總污泥量綜合設計法

在前人基礎上提出一套以給予系統需要的總污泥量為參數的設計計算方法，通過適合的SVI值擬定，推算污泥沉降的最小體積，根據周期進水量按最大設計量求得貯水容積并計算SBR的池容，這種方法以滿足生化需求為目的，經驗擬定值少，同時推算SBR的尺寸。

3 結語

相對于負荷法，其他三種方法都或多或少采用了生化動力學的思維對產泥量進行計算，通過泥的沉降性能變化確定SBR反應池的設計，負荷法規定值變化范圍廣容易造成計算的不準確，但設計方法簡單明了；靜態動力學法結合反應器的脫氮除磷要求，設計考慮參數較多，結果較精確，ATV標準設計法和總污泥量綜合設計法以泥齡作為基本參數，設計池容時考慮因素多，兼顧SBR反應池和沉淀池的雙重特點，總污泥量設計法對異氧菌處理污染物進行了進一步分析，考慮了更多的影響因素。但這兩種方法都沒有考慮SBR池滿足脫氮除磷的要求，希望在進一步的設計研究中，可以將此三種方法融會貫通，使SBR的設計對其功能的滿足的體系更加健全和完善。

[1]程曉如,魏娜.SBR工藝研究進展[J].工業水處理,2005,25(5): 10-13.

[2]李暉,高有清.SBR工藝設計經驗探討[J].環境保護科學,2009,2 (35):43-45.

[3]朱明權,周冰蓮.SBR工藝的設計[J].環境工程,2014(1):42-45.

[4]路遠,孫力平,等.改性聚丙烯填料水處理性能試驗研究[J].環境工程學報,2008,2(11):1458-1460.

[5]譚沖.改性聚氨酯填料生物膜系統脫氮特征及微生物學機制研究[D].哈爾濱工業大學,2013.